Apa itu silikon nitrida
Silicon nitride (SI3N4) adalah sebatian kimia bukan organik polikristalin bukan sintesis silikon dan nitrogen, bahan seramik penting yang penting.
Seramik silikon nitrida menawarkan sifat mekanikal, termal, elektrik, dan kimia hampir semua seramik maju dalam satu, terutamanya rintangan kejutan haba ultra-tinggi dan kejutan haba, serta rintangan yang sangat keras dan haus, menjadikannya seramik yang berfungsi dan struktur Dalam banyak persekitaran yang keras dan menuntut industri berteknologi tinggi mempunyai pelbagai aplikasi.
Kelebihan material
※ Rintangan dan kesan kejutan terma tinggi yang tiada tandingannya
※ suhu perkhidmatan yang hebat hingga 1300 ℃ di udara
※ kekerasan unggul dan rintangan pakai dengan geseran rendah
※ Kestabilan kekuatan mekanikal yang tinggi di bawah suhu tinggi
※ Kekuatan lentur yang tinggi dan ketangguhan patah tinggi
※ Keletihan mekanikal yang tinggi dan rintangan rayap
※ Ekspansivity terma rendah yang serupa dengan cip SI
※ Penebat elektrik yang baik dan kekuatan dielektrik
※ kekakuan tinggi dan ketegaran tinggi
※ ketumpatan rendah dengan ringan daripada kebanyakan logam
※ Kestabilan, kakisan, dan rintangan hakisan kimia yang sangat baik
Penggunaan dan aplikasi
※ Elektronik: Penebat elektrik, peranti semikonduktor kuasa, peranti paparan fotoelektrik, dll.
※ Kejuruteraan Mekanikal: Alat pemotongan, galas bola ketepatan tinggi, galas roller, roda gear, dll.
※ Perubatan: Implan pergigian, prostesis bersama, pembaikan tulang belakang, implan bersama, biosensor dan peranti diagnostik, sistem penyampaian drug, alat mikrosurgikal, peranti perubatan implan, dan lain -lain.
※ Bahan Temp Tinggi: Ignitor relau, tiub pemanas, liner muncung, muncung kimpalan TIG, crucible seramik, dll.
※ Industri kereta: bahagian enjin, turbocharger, sistem brek, sistem kawalan pelepasan, dll.
※ Aeroangkasa: bilah turbin, salutan seramik, filem nipis seramik, instrumentasi penerbangan, lapisan enjin Aero, dll.
※ Bidang lain termasuk sel suria, injap, muka meterai, wafer seramik, substrat seramik pelesapan haba, pin kedudukan kimpalan, gelombang silikon nitrida, membran silikon nitrida, dll.
Sintesis silikon nitrida
Silicon nitride terutamanya termasuk kaedah sintesis berikut sebagai bahan seramik sintetik.
※ kaedah nitriding langsung
Serbuk silika yang tinggi diletakkan dalam suasana nitrogen, dan tindak balas kimia dilakukan pada 1300 ° C ~ 1400 ° C untuk mendapatkan serbuk nitrida silikon. Formula kimianya ialah 3 Si + 2n2 → Si3n4.
※ Kaedah pemendapan kimia (CVD)
Bahan mentah utama kaedah ini adalah silikon tetrachloride, nitrogen tulen, dan hidrogen, yang dicampur pada 1000 ° C ~ hingga 1200 ° C. Kesucian nitriding yang diperolehi adalah tinggi. Formula kimia (silikon nitrida cvd) adalah 3SICL4 + 2n2 + 6H2 = Si3n4 + 12hcl
※ Si (NH2) 4 Kaedah Penguraian Thermal
Silicon tetrachloride dan ammonia pertama kali digabungkan untuk membentuk Si (NH2) 4 dan HCl, dan kemudian Si (NH2) 4 adalah pirolisis untuk mendapatkan serbuk silikon nitrida.
Formula kimianya ialah SICL4 + 4NH3 → Si (NH2) 4 + 4HCl, 3SI (NH2) 4 (Pemanasan) → Si3N4 + 8NH3
※ Kaedah pengurangan karbonthermal
Ia adalah kaedah yang biasa digunakan untuk menyediakan serbuk silikon nitrida; Prinsip asas adalah menggunakan karbon untuk mengurangkan serbuk silikon dioksida dalam persekitaran nitrogen suhu tinggi untuk menyediakan serbuk silikon nitrida.
Formula kimianya adalah: 3SiO2 (s) + 6c (s) + 2n2 (g) = Si3n4 (s) + 6co (g)
※ Kaedah sol-gel
Ini adalah proses lanjutan untuk pengeluaran serbuk silikon nitrida. Kaedah sol-gel menggunakan sumber silikon yang sangat aktif sebagai prekursor, yang dicampur dalam fasa cecair untuk membentuk sol. Kemudian, serbuk nitrida silikon nano disediakan oleh pengeringan dan sintering. Kaedah pengeluaran ini menghasilkan serbuk silikon nitrida berkualiti tinggi.
※ Kaedah penyebaran diri
Kaedah sintesis ini menyalakan badan serbuk sama rata dengan serbuk silikon dan silikon nitrida melalui sumber pemanasan luaran. Ia menggunakan haba yang dikeluarkan oleh reaksi mereka untuk mensintesis lebih jauh.
Kaedah sintesis di atas mempunyai kelebihan dan kekurangan, dan dalam aplikasi praktikal, pilihan akhir mestilah berdasarkan keperluan khusus prestasi produk dan kos.
Struktur kristal seramik si3n4
Seramik silikon nitrida terutamanya termasuk α-SI3N4 (alpha silikon nitrida), β-Si3n4 (beta silikon nitrida), dan γ-Si3n4 (nitrida silikon padu) biasa.
Struktur kristal silikon nitrida
Dengan peningkatan suhu, fasa kristal α-SI3N4 ditukar kepada β-SI3N4 pada 1400 ° C ~ 1800 ° C, tetapi metamorfosis ini tidak dapat dipulihkan. Oleh itu, kejadian transformasi fasa memberi manfaat kepada kejadian α-SI3N4 dalam proses penggunaan suhu tinggi. Sebagai perbandingan, β-SI3N4 adalah bahan seramik stabil fasa kristal dalam termodinamik.
Kaedah penyediaan seramik SI3N4
Menurut kaedah sintering yang berbeza, ia boleh dibahagikan kepada silikon silikon sintered tekanan gas,
Silicon nitride sintering terikat reaksi, silikon sinterur silikon nitrida, dan nitrida silikon sintered yang ditekan panas. Jenis seramik silikon silikon sintered mempunyai morfologi bijirin yang berbeza, intergranular
Morfologi, keliangan, dan morfologi liang, jadi sifat mereka sangat berbeza.
※ Nitrida silikon sintering terikat reaksi
Serbuk silikon nitrida pertama kali dibentuk menjadi bilet hijau yang konsisten dengan bentuk produk siap dan kemudian dipratetap dalam relau atmosfera nitrogen. Billet hijau pra-dipecat mempunyai kekuatan khusus, yang membolehkannya dimesin. Kerana pengecutan bahan silikon nitrida adalah minimum (<0.11%), kosong machined sepenuhnya sintered untuk mendapatkan produk dengan struktur kompleks dan saiz yang agak tepat. Sintering reaksi adalah kaedah yang paling biasa digunakan untuk menyediakan seramik silikon nitrida.
※ Sintering tanpa tekanan
Kaedah sintering tanpa tekanan dilakukan dalam suasana nitrogen 1700 ° C ~ 1800 ° C pada tekanan atmosfera. Seramik nitrida silikon padat disediakan dengan menggunakan penguraian
Reaksi serbuk silikon nitrida pada suhu tinggi. Seramik silikon nitrida yang disediakan oleh kaedah ini mempunyai kekuatan mekanikal yang tinggi.
※ Tekanan gas sintering silikon nitrida
Sintering pneumatik biasanya dijalankan pada kira -kira 2000 ° C, 1 ~ 10mpa. Serbuk silikon nitrida akan ditambah kepada bahan tambahan sintering suhu tinggi seperti MGO dan Y2O3 untuk mempromosikan pertumbuhan bijirin silikon nitrida, dan produk seramik silikon nitrida dengan kesucian lebih daripada 99% dan ketangguhan yang tinggi dapat diperoleh.
※ Nitrida silikon sintering panas
Kaedah sintering panas melibatkan menambah sedikit MGO, Al2O3, dan serbuk silikon nitrida tinggi di atas 1600 ° C dan 1916MPA. MGF2, Fe2O3, dan bahan tambahan sintering lain disinter untuk mendapatkan kekuatan tinggi, kekerasan tinggi, dan seramik silikon nitrida berkepadatan tinggi.
Pemikiran terakhir
Dengan penjelajahan dan penyelidikan selanjutnya mekanisme dan sifat-sifat bahan seramik silikon nitrida, terutamanya peningkatan teknologi penyediaan serbuk silikon nitrid Menuntut industri dan mempunyai pelbagai aplikasi yang lebih komprehensif.